預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)化學(xué)緩沖溶液pH教學(xué)總結(jié)

張朋

【摘 要】通過具體配制緩沖溶液過程遇到的問題，對pH的計算進行了總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】緩沖溶液；基礎(chǔ)化學(xué)

中圖分類號： G642；O645.1-4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）30-0243-001

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.30.108

Teaching summary of pH of the buffer solution in the basic chemistry of Preventive Medicine

ZHANG Peng

（Shaanxi University of Chinese medicine， Xianyang Shaanxi 712046， China）

【Abstract】according to the problems encountered in the preparation of buffer solution， the calculation of pH is summarized.

【Key words】Basic chemistry； Buffer solution； pH

緩沖溶液的pH是影響化學(xué)反應(yīng)的主要因素之一，pH過高或者過低，都會對化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生影響，很多反應(yīng)，尤其是一些生化反應(yīng)，往往需要在一定的pH下反應(yīng)才能正常發(fā)生，比如在特定細菌的培養(yǎng)以及生物體內(nèi)酶促反應(yīng)等等，都需要穩(wěn)定的pH， pH變化幅度過大就會造成細菌死亡，無法正常繁殖，也會使得酶的活性喪失，難以發(fā)揮其促使相關(guān)反應(yīng)的作用，因此實驗室中經(jīng)常需要配制一定濃度和一定pH的緩沖溶液，緩沖溶液的配制過程就涉及到緩沖對量取多少的問題，這就需要運用緩沖公式進行具體的分析。

緩沖溶液作為化學(xué)課程教學(xué)的重要章節(jié)，緩沖溶液的相關(guān)知識在具體的實驗及工作中都有著重要的應(yīng)用。實驗室中配置緩沖溶液時如何計算緩沖體系的用量，需要所需共軛酸堿對的多少，都是具體配制緩沖溶液時需要解決的問題，對這些問題的分析都離不開緩沖公式的具體應(yīng)用。

緩沖公式是通過緩沖溶液中共軛酸堿對質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡反應(yīng)方程式分析推倒得出的共軛酸堿對中弱酸解離常數(shù)的pKa值和緩沖比對pH和關(guān)系式，通過對緩沖公式的分析，可以看出緩沖溶液的pH主要受該共軛酸堿對中酸的解離常數(shù)的影響，除此之外也和該緩沖體系的緩沖比有一定的關(guān)系，因此在解決具體的緩沖溶液pH的計算問題時，應(yīng)該首先明確該體系中的共軛酸堿對到底是什么，因為緩沖公式中的Ka值就是共軛酸堿對中的共軛酸的解離常數(shù)，Ka值確定不了，就沒辦法進行相應(yīng)的計算和分析，就無法得出共軛酸堿對組成緩沖溶液的pH，具體的實際配制溶液那就更無從談起了，所以確定共軛酸堿對是首先要解決的重要問題。其次，緩沖比構(gòu)成緩沖公式的另一部分，對于緩沖比中的分子代表的是共軛酸堿對中的堿的濃度，分母代表的是共軛酸堿對中的酸的濃度，所以第二步就應(yīng)該確定出具體的酸的濃度和堿的濃度，酸的濃度和堿的濃度確定出來后緩沖比的值也就確定了，因此就可以直接運用緩沖公式進行相應(yīng)的計算。

緩沖溶液的配制有一定的原則，具體在配制溶液時，應(yīng)該結(jié)合實際所需，選取合理的易得的化學(xué)試劑，達到配制特定pH溶液的要求，在配制溶液時，經(jīng)常選取的共軛酸堿對應(yīng)該滿足緩沖對中的酸所對應(yīng)的pKa值盡可能的接近即將配制的緩沖溶液的pH，從而使得該緩沖有足夠大的緩沖容量，除此之外，所選緩沖系的共軛酸堿對與其他的物質(zhì)無干擾，無反應(yīng)以及無沉淀，對于有特殊要求的緩沖系還要求無毒，有一定的熱穩(wěn)定性，對有關(guān)的生物活性酶不發(fā)生失活反應(yīng)。其次，要求欲配制溶液的緩沖溶液總濃度要適當，既不能過高也不能過小，濃度過大會造成離子強度增大影響其實用性，當然也不能過小，濃度過小會造成緩沖容量過小，起不到緩沖作用，制約其應(yīng)用。實際配制溶液時經(jīng)常將總濃度控制在0.05-0.2mol/L，常常可以使得該緩沖溶液既具有很好的緩沖容量，也可以減小離子強度對緩沖溶液的影響。最后，運用緩沖公式計算緩沖溶液所需的緩沖試劑中共軛酸堿對的用量，確定出用量就可以直接進行配制。為了配制出準確的pH還可以進一步通過pH計對所配置的緩沖溶液進行校正，加入強酸或者強堿，使得緩沖溶液的值接近目標值。

接下來通過一個具體的實例來進行分析，細菌培養(yǎng)經(jīng)常會要求體系的pH穩(wěn)定，現(xiàn)需配制實驗室進行細菌培養(yǎng)所需的pH為4.50緩沖溶液1L， 應(yīng)該怎么配制？需要什么試劑？各試劑的量是多少？

首先分析該所需配制的緩沖溶液的pH為4.50，根據(jù)配制緩沖溶液的原則，所選取的緩沖溶液的共軛酸堿對的酸對相應(yīng)的PKa值應(yīng)該盡可能的接近欲配制溶液的pH，查閱弱酸的解離常數(shù)，確定醋酸的PKa為4.75，其與欲配制的緩沖溶液的pH4.50很接近，所以確定緩沖對為HAc-NaAc

接下來存在兩種可能性，一種是實驗室正好有醋酸和醋酸鈉，另種情況是只有醋酸和強堿氫氧化鈉，第一種情況簡單，可將醋酸和醋酸鈉各配制成0.1mol/L的溶液，然后運用緩沖公式直接進行計算。計算過程如下：

假設(shè)需要醋酸的體積為V升，

根據(jù)緩沖公式：

pH=pKa+lg

4.50=4.756+lg

計算出：V=0.645

需要NaAc的體積為：1-V=0.355（mL）

第二種情況比較常見，對于第二種情況，只有弱酸和強堿，所以得通過化學(xué)反應(yīng)制備出共軛酸堿對，根據(jù)目標溶液共軛酸堿對，可以確定醋酸應(yīng)該過量，氫氧化鈉完全反應(yīng)，最終可以保證體系里只有欲配制溶液共軛酸堿對的組分，也就是醋酸和醋酸鈉，取0.1mol/L醋酸和0.1mol/L的氫氧化鈉溶液，假設(shè)需要醋酸的體積為V升，需要NaOH的體積為：1-V， 根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式進行分析如下：

HAc+NaOH=+N2O

V-（1-V）

根據(jù)緩沖公式：

pH=pKa+lg

4.50=4.756+lg

計算出：V=0.738

需要NaOH的體積為：1-V=0.262（mL）

對上面問題的分析，在計算緩沖溶液的pH時，第一，先需確定緩沖溶液的組分，什么是酸什么是其共軛堿；第二，分析共軛酸堿對的物質(zhì)的量濃度，酸的濃度是多少，堿的濃度是多少；第三，運用緩沖溶液的緩沖公式建立相應(yīng)關(guān)系式，最終計算出未知量。

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